[发明专利]高速定位免换站式盾构掘进姿态实时测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量系统及方法，尤指一种高速定位免换站式盾构掘进姿态实时测量方法及系统。

背景技术

盾构掘进姿态实时测量系统是盾构法隧道工程施工的关键部件。盾构掘进姿态实时测量系统利用先进的测量、电子传感器和计算机技术，计算盾构机的位置、姿态和趋势信息，并与设计隧道轴线（Designed Tunnel Alignment,以下简称DTA）进行比较，以直观的方式图文并茂地给盾构机操控人员实时地提供信息。

目前采用的方法主要有激光方法和直接观测棱镜的棱镜法两种。激光法和棱镜法是按照观测目标的不同进行导向系统的分类。

激光法盾构自动导向系统采用基于带隧道激光的全站仪1和激光感应器2（ELS标靶）的隧道施工连续测量方案，在盾构机安装时，可以测定盾构机切口中心与盾尾中心在相对于ELS标靶中心建立的三维局部坐标系中的坐标，这些参数在盾构机推进施工中是固定的。然后在施工中通过固定于成型衬砌管片的工作测站上的全站仪1自动采集的测量数据及ELS标靶采集的数据传送到PC，再由PC中软件系统对数据进行处理，结合初始参数进行逆算，从而得出盾构机切口及盾尾的三维坐标，再结合DTA数据库就能生成相应的盾构偏差报表，实时地显示盾构切口及盾尾的平面和高程偏差。具体的硬件布置图如图1所述。

棱镜法是基于带自动目标识别的测量机器人的技术的完善，而发展起来的。目前的搜索方式有两种一种是主动式、一种式被动式。主动式是通过全站仪自身的搜索功能，通过棱镜对信号的反射来识别，而被动式是通过棱镜自身发射信号，供全站仪搜索识别。无论主动与被动均是通过固定于成型衬砌管片的工作测站上的全站仪自动采集的。

然而目前所有的导向系统在使用过程中均需进行换站工作从而对系统重新定向，来克服因隧道掘进而引起的目标不通视和观测距离超限等情况，使系统能够完成在整个隧道掘进施工中实现导向功能，这已经成为了隧道施工中的一个常识。所有的导向系统由于均需要换站因而都存在以下问题：

1）对应一个工程必须进行多次换站，工作量大，耗时长。

由于所有测量系统都采用测站固定于成型衬砌管片的工作模式，所以都有单站最长观测距离，一般为100m-150m，达到该距离则必须进行换站工作，将测量系统的工作测站向靠近盾构机中观测目标的方向前移，并重新给测量系统进行定向，使其继续工作。而在实际施工中，特别是在小直径和小曲率的隧道施工中，由于通视空间受限且线型的不断变化，很容易发生安装于盾构机内的观测目标不可见的情况，这时唯一的解决办法就是进行换站工作，而这时的单站观测距离要远远小于系统允许的最大观测距离，一般平均换站距离为60m左右，在一些线型特别困难的工程中，甚至每15m左右就要进行一次换站工作。每次换站工作需要3-4名测量工作人员在1-2个小时内完成。

2）换站时需停止工作，无法实现全过程的实时动态观察，影响工程质量。

在换站期间，盾构机由于没有导向一般不进行施工，这样不但影响进度，而且，在困难地段还会增加施工的风险，例如：盾构机在穿越重要的建构筑物时，换站造成的不连续施工可能造成地面沉降控制困难，如果，换站时推进有可能造成盾构姿态超限影响工程质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种高速定位免换站式盾构掘进姿态实时测量方法及系统，实现了一种能够不进行换站而连续地工作的盾构掘进姿态实时测量系统及方法，具有免换站、节约工作量、使用方便、可连续施工、系统适应性好、精度高的优点。

实现上述目的的技术方案是：

本发明的一种高速定位免换站式盾构掘进姿态实时测量方法，将一全站仪固定于一与盾构机同步运动的车架上；

对所述全站仪进行瞬时定位；

通过所述全站仪进行盾构掘进姿态测量。

通过盾构油缸行程数据、上一次盾构掘进姿态数据以及上一次全站仪坐标数据模拟获得一虚拟轨迹，并利用所述虚拟轨迹进行所述全站仪的瞬时定位。

设置两个固定后视基准点，建立带移动轨迹推算的后方交会的计算模型，推算出全站仪的坐标数据。

通过一自动安平装置保持所述全站仪处于平整状态。

利用所述虚拟轨迹辅助所述全站仪搜索。

上述全站仪进行瞬时定位和所述盾构掘进姿态测量步骤之间还包括一检测步骤，所述检测步骤进一步包括：

判断全站仪瞬时定位是否成功；

如判断为异常，判断当前锁定的后视基准点是否可见；如不可见，更换当前锁定后视基准点并返回全站仪瞬时定位步骤；如可见，诊断排除问题后返回全站仪瞬时定位步骤；